试验优化设计Er3+-Yb3+共掺杂Gd2Ti2O7上转换发光特性

采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法制备了Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇纳米晶粉末,通过试验优化设计的理论建立了Er³⁺-Yb³⁺掺杂浓度与发光强度的回归方程,利用遗传算法优化计算出方程的最优解Er³⁺、Yb³⁺掺杂浓度分别为5.60%（物质的量分数）和13.43%。Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇纳米晶粉末为单一面心立方Gd₂Ti₂O₇相结构,随Yb³⁺共掺杂浓度增加,X射线衍射峰逐渐向高角偏移。在976 nm激光激发下,Er³⁺-Yb³⁺共掺杂Gd₂Ti₂O₇获得了分别对应于Er³⁺的²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁的绿色和红色上转换发光,且绿色和红色发光均为双光子吸收过程。研究了最优样品上转换发光与温度之间的关系,发现绿色上转换发光具有优良的温度传感特性,对红色上转换发光的温度猝灭进行了解释。     

Yb3+/Tm3+共掺杂的钨酸镉纳米晶发光性能的研究

本文采用水热法制备了稀土离子Yb³⁺/Tm³⁺共掺杂的钨酸镉纳米晶。运用X-射线粉末衍射、场发射环境扫描电子显微镜和光谱分析对制备的样品的结构和发光性能进行了表征。根据XRD图谱可知, 钨酸镉为单斜晶系, 晶粒平均尺寸在28 nm左右。从ESEM图片可明显看出, 钨酸镉呈纳米棒结构, 直径在30 nm左右, 长径比在5~8之间。利用980 nm半导体激光器激发钨酸镉纳米晶得到样品的发射光谱, 存在一个较强的蓝光发射, 发光峰位于481 nm,对应于Tm³⁺的¹G₄→³H₆能级的跃迁, 分析了Tm³⁺/Yb³⁺离子共掺体系的发光机制。讨论了发光强度随稀土离子浓度的变化, 当Tm³⁺离子的掺杂浓度在2%, Yb³⁺/Tm³⁺物质的量浓度比为10:1时钨酸镉纳米晶的发光强度最强。根据泵浦功率与发光强度之间的关系, 可知处于481 nm的蓝光发射属于三光子过程, 由发光强度与掺杂浓度之间的双对数衰减曲线可知, 引起蓝光发射源于Tm³⁺的电偶极跃迁。     

Ho3+/Yb3+共掺ZnO-Al2O3-GeO2-SiO2玻璃陶瓷的制备和上转换发光性质

综合ZnO-Al₂O₃-SiO₂系和锗酸盐玻璃陶瓷的优点,采用熔融-晶化法首次制备了Ho³⁺/Yb³⁺共掺以ZnAl₂O₄为主晶相的ZnO-Al₂O₃-GeO₂-SiO₂系玻璃陶瓷。因[GeO₄]四面体和[SiO₄]四面体都是玻璃网络形成体,讨论了GeO₂取代SiO₂对玻璃陶瓷样品硬度及发光性能的影响,最终确定GeO₂的取代量为10.55%（w/w）时,玻璃陶瓷综合性能最佳。在980 nm泵浦光的激发下,发现强的绿色（546 nm）和弱的红色（650 nm）上转换发光,并研究了不同Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比对样品上转换发光的影响,最终结果表明当Ho³⁺/Yb³⁺掺杂比为1：11（n/n）时样品荧光强度最强,在绿色上转换发光材料方面具有潜在的应用。     

水热合成LuF3∶Yb3+，Er3+微晶及其上转换发射与温度传感特性

通过在不同pH值下的简易水热法合成不同Yb³⁺离子（n_Yb³⁺/n_Lu³⁺=5%~15%）和Er³⁺离子（n_Er³⁺/n_Lu³⁺=1%~5%）掺杂浓度的LuF₃∶Yb³⁺,Er³⁺微晶荧光粉。发现pH值对正交相LuF₃∶Yb³⁺,Er³⁺的合成起着关键作用。在980 nm激发下,LuF₃∶Yb³⁺,Er³⁺荧光体呈现出以523 nm（²H_11/2→⁴I_15/2）和539 nm（⁴S_3/2→⁴I_15/2）为中心的强绿光上转换（UC）发射以及以660 nm（⁴F_9/2→⁴I_15/2）为中心弱红光上转换发射。通过使用X射线衍射（XRD）和光致发光（PL）分析测定了最强发射强度的Er³⁺和Yb³⁺的最佳掺杂浓度。浓度依赖性研究表明,达到最强的绿光上转换发光时最佳掺杂浓度为10% Yb³⁺,2% Er³⁺。通过改变泵浦功率来研究LuF₃∶Yb³⁺,Er³⁺荧光粉UC发光机制。通过980 nm二极管激光器在293~573 K的范围内研究了在523和539 nm处的2个绿光UC发射带的荧光强度比（FIR）的温度依赖性,发现在490 K得到最大灵敏度约为15.3×10^-4 K^-1。这表明LuF₃∶Yb³⁺,Er³⁺荧光体可应用于具有高灵敏度的光学温度传感器。     

空气中合成固溶体荧光粉Ba2(Zn, Mg)Si2O7:Ce3+,Eu2+,Eu3+及其发光特性

采用高温固相法在空气中合成了Ba_1.97-yZn_1-xMg_xSi₂O₇:0.03Eu,yCe³⁺系列荧光粉。分别采用X-射线衍射和荧光光谱对所合成荧光粉的物相和发光性质进行了表征。在紫外光330~360 nm激发下,固溶体荧光粉Ba_1.97-yZn_1-xMg_xSi₂O₇:0.03Eu的发射光谱在350~725 nm范围内呈现多谱峰发射,360和500 nm处有强的宽带发射属于Eu²⁺离子的4f⁶5d¹-4f⁷跃迁,590~725 nm红光区窄带谱源于Eu³⁺的⁵D₀-⁷F_J (J=1,2,3,4)跃迁,这表明,在空气气氛中,部分Eu³⁺在Ba_1.97-yZn_1-xMg_xSi₂O₇基质中被还原成了Eu²⁺;当x=0.1时,荧光粉Ba_1.97Zn_0.9Mg_0.1Si₂O₇:0.03Eu的绿色发光最强,表明Eu³⁺被还原成Eu²⁺离子的程度最大。当共掺入Ce³⁺离子后,形成Ba_1.97-yZn_0.9Mg_0.1Si₂O₇:0.03Eu,yCe³⁺荧光粉体系,其发光随着Ce³⁺离子浓度的增大由蓝绿区经白光区到达橙红区;发现名义组成为Ba_1.96Zn_0.9Mg_0.1Si₂O₇:0.01Ce³⁺,0.03Eu的荧光粉的色坐标为(0.323,0.311),接近理想白光,是一种有潜在应用价值的白光荧光粉。讨论了稀土离子在Ba₂Zn_0.9Mg_0.1Si₂O₇基质中的能量传递与发光机理。     

CaSb2O6:Bi3+,Eu3+荧光粉的制备和发光性质

采用共沉淀法及1 200 ℃后续煅烧4 h,成功制备了CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉,并对其结构及发光性能进行了研究。所制备荧光粉颗粒为六边形类圆饼状,平均尺寸在100~600 nm之间。对CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺发光的机理分析表明,Bi³⁺对Eu³⁺的发光存在高效的敏化与能量传递。当Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度分别为0.5%和8%,Eu³⁺位于580 nm(⁵D₀→⁷F₀ )处的荧光发射显著增强,Bi³⁺,Eu³⁺共掺样品的荧光强度是CaSb₂O₆:Eu³⁺的10倍左右。调节Bi³⁺/Eu³⁺离子掺杂比,色坐标呈现了从蓝、白光到红光的变化,表明该荧光粉可分别作为蓝或红色荧光粉使用,甚至可实现从蓝、白光到红光的自由调控,这为白光LED荧光粉的发展提供了参考。     

Sr2Si5N8∶Eu2+荧光粉的制备与发光性能

以α-Si₃N₄,SrCO₃,Eu₂O₃为原料,采用碳热还原氮化法制备了Sr₂Si₅N₈∶Eu²⁺荧光粉。研究了材料的结构与光谱特性,分析了影响材料发光性能的工艺因素。结果表明,石墨粉含量和助熔剂的用量对Sr₂Si₅N₈相的形成和发光性能有重要影响。当n_C/n_Sr=1.5,助熔剂用量为4wt%时,合成样品的主晶相为正交晶系Sr₂Si₅N₈,在400~550 nm可见光激发下,可发射峰值波长位于609 nm荧光。激发带的位置与Eu²⁺离子浓度无关,为400~550 nm之间的宽带激发;但发射强度随Eu²⁺离子浓度的增加而增加,Eu²⁺离子浓度达到5mol%时发射强度达最大值,在Eu²⁺离子浓度为2mol%~5mol%之间,观察到发射峰的红移现象。     

低温凝胶燃烧法合成Y2O3∶Er3+，Yb3+纳米晶上转换发光材料

分别以柠檬酸和甘氨酸为燃烧剂,采用低温凝胶燃烧法合成了Er³⁺、Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶粉体。通过TG-DSC、XRD、SEM等分析手段对两种燃烧剂所对应的反应过程及纳米晶粉体的物理性能进行了分析,结果表明甘氨酸法具有更高的反应效率、更好的粉体分散性及粒径均匀性。在980 nm激光二极管(LD)激发下,对甘氨酸法所得样品的上转换发光性能分析表明,绿光和红光发射谱带分别来自于Er³⁺的⁴S_3/2/ ²H_11/2→ ⁴I_15/2和⁴F_9/2→ ⁴I_15/2跃迁。此外,对Er³⁺和Yb³⁺掺杂浓度、粉体煅烧温度对纳米晶样品上转换发光性能的影响进行了讨论。     

基于油酸辅助水热法制备NaLuF4:Ln3+及光谱性质

采用油酸辅助水热法合成了具有上下转换发光性能的NaLuF₄∶Ce³⁺、NaLuF₄∶Ce³⁺,Tb³⁺、NaLuF₄∶Yb³⁺,Tm³⁺、NaLuF₄∶Yb³⁺,Er³⁺以及NaLuF₄∶Yb³⁺,Er³⁺,Tm³⁺荧光粉材料。X射线衍射（XRD）表征结果表明产物各个衍射峰与标准卡片PDF#27-0726较好的吻合,得到六方相NaLuF₄晶体。扫描电镜（SEM）显示产物形貌为六棱柱,由粒径分布图可知属于微米级材料。NaLuF₄基质中单掺Ce³⁺时,研究掺杂浓度对样品发光性能的影响表明NaLuF₄∶0.09Ce³⁺的发光强度最大。双掺Ce³⁺、Tb³⁺时,详细讨论了NaLuF₄基质中Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递机制,可认为是偶极-四极作用。在980 nm激光激发下,增大Yb³⁺的掺杂浓度可以使Er³⁺的红（⁴F_9/2→⁴I_15/2）/绿（²H_11/2→⁴I_15/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2）光发射比例增大,Er³⁺的红光和绿光发射过程均属于双光子发射,Tm³⁺的蓝光发射过程属于三光子发射,并且NaLuF₄∶0.20Yb³⁺,0.005Er³⁺,0.005Tm³⁺样品实现了白光发射（x=0.335,y=0.385）。     

Gd2O3:Er3+上转换发光粉在染料敏化太阳电池中的应用

采用沉淀-煅烧法制备了Gd₂O₃:Er³⁺上转换发光粉,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱和荧光光谱对其进行了表征,并利用该发光粉具有上转换发光的特性将其应用于染料敏化太阳电池(DSSC)。结果表明,管状Gd₂O₃:Er³⁺上转换发光粉可增加电池对太阳光的吸收范围和吸收效率,提高电池的光电流和光电压。研究了掺杂量对电池性能的影响,当掺杂量为5wt%时,光电转换效率从5.93%升高到7.55%,提高约27%。     

Gd2O3:Yb3+,Nd3+,Tm3+/SiO2/Ag纳米复合材料的合成及上转换发光性质

通过多步骤的化学法合成了Gd_2O_3:Yb~(3+),Nd~(3+),Tm~(3+)/SiO_2/Ag纳米复合材料。利用XRD,TEM,EDS,XPS,CLSM等方法对样品进行表征。实验结果表明,具有低声子能、稳定的化学性质的Gd2O3作为上转换发光的基质,当掺杂的敏化剂Nd3+离子浓度为1.0%(n/n),激活剂离子Tm3+浓度为0.5%(n/n)时,上转换发光强度达到最大值。此外,表面吸附的Ag纳米颗粒,由于表面等离激元共振耦合作用,使得上转换发光蓝光波段的强度增强1.70倍。     

Li2O-Ln2O3-SiO2:Eu3+,Bi3+体系的结构

采用ｓｏｌ－ｇｅｌ法合成了系列发光体Ｌｉ２Ｏ－Ｌｎ２Ｏ３－ＳｉＯ２：Ｅｕ＾３＾＋，Ｂｉ＾３＾＋，并确定了发光体的物相结构。当Ｌｎ＾３＾＋＝Ｙ＾３＾＋和Ｌｎ＾３＾＋＝Ｌａ＾３＾＋时，紫外光激发下Ｅｕ＾３＾＋的发射分别以红光和橙光为主，只存在一种Ｅｕ＾３＾＋发光中心；Ｌｎ＾３＾＋＝Ｇｄ＾３＾＋时，至少存在两种Ｅｕ＾３＾＋发光中心和两种Ｂｉ＾３＾＋发光中心（共掺杂Ｅｕ＾３＾＋，Ｂｉ＾３＾＋的吸收和发射所     

Gd3+掺杂TiO2纳米复合材料的可见光响应性能

采用溶胶-凝胶技术,在钛酸四丁酯(TBOT)的水解过程中,加入硝酸钆(Gd(NO₃)₃),得到具有可见光响应活性的Gd³⁺/TiO₂复合材料。应用TEM、XRD、TG-DTA和UV-Vis等手段对纳米TiO₂复合材料进行了表征。当Gd³⁺的掺杂量为0.5%时,Gd³⁺/TiO₂复合材料在550 nm附近产生宽强吸收带。Gd³⁺进入TiO₂晶格中,形成了新的掺杂能级(E_g=1.27 eV)。适量Gd³⁺掺杂的纳米TiO₂复合材料的光催化性能优于纯TiO₂粉体材料。     

不同掺杂浓度Tm3+：LiLuF4单晶的1800 nm荧光发射

采用坩埚下降法生长了Tm³⁺掺杂浓度为0.45%,0.90%,1.63%与3.25%（摩尔分数,x）的LiLuF₄单晶.测试了样品的电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）谱、吸收光谱（1400-2000 nm）,并且分析比较了808 nm半导体激光器（LD）激发下荧光光谱. 结果表明：当Tm³⁺的浓度从0.45%变化到3.25%时,1800 nm处的荧光强度呈现了先增后减的趋势,当掺杂浓度约为0.90%时达到最大值,而位于1470 nm处的荧光强度则呈现了相反的趋势. Tm³⁺：³F₄能级的荧光衰减寿命随着掺杂浓度的增加不断减小. 1800 nm处的这种荧光强度变化归结于Tm³⁺离子间的交叉驰豫效应（³H₆,³H₄→³F₄,³F₄）和自身的浓度猝灭效应. 同时计算得到了浓度为0.90%的样品在1890 nm处的最大发射截面为0.392×10^-20 cm². 并且根据Judd-Ofelt 理论所得寿命和测定的荧光寿命计算得到了³F₄→³H₆的最大量子效率约为120%.     

ESR spectra and magnetic constants of α-Al2O3:Co2+,H+ and α-Al2O3 :Co2+,X+

New anisotropic ESR spectra of Co²⁺ doped sapphire, different from hitherto known, are reported. The new spectra which are observed, beside the well-known spectra of α-Al₂O₃:Co²⁺, are shown to form two sets, each one consisting of six spectra (1–6) and (7–12). The spectra of both sets are proven to be interrelated by B_3a symmetry. g and A tensors for each set will be given. Evidence is given that the two sets are to be assigned to the defects α-Al₂O₃:Co²⁺,H⁺ and α-Al₂O₃:Co²⁺,X⁺. The former is concluded to consists of a Co²⁺ ion at the substitutional site (c) and a proton located in a potential minimum along a straight line between O^2- ions situated in O²⁺ triangles above and below the CO²⁺ ion. The potential function for the proton has been calculated by quantum-chemical calculations to clucidate the geometrical structure of the paramagnetic center. The α-Al₂O₃:Co²⁺,X⁺ could not be fully analyzed but some evidence is presented, that X⁺ might be alkali ions.     

Nd3+, Eu3+, and Gd3+ ions as local probes in the NaxSr3−2xLnx(PO4)2 and KCaLn(PO4)2 rare earth phosphates

Use of Nd³⁺, Eu³⁺, and Gd³⁺ as local structural probes allows the determination of the rare earth positions in the Na_xSr_3?2xLn_x(PO₄)₂ (Ln = La to Tb) and KCaLn(PO₄)₂ phases (Ln = rare earth). Moreover, a common feature of both series is a particularly high splitting of the excitation ${}^6\text{P}{}_{\mathrm{<mtext>7</mtext><mtext>2</mtext>}}$ and ${}^6\text{P}{}_{\mathrm{<mtext>5</mtext><mtext>2</mtext>}}$ levels of the Gd³⁺ ions.     

Optical properties of (Y1−xTmx)3GaO6 and subsolidus phase relation of Y2O3-Ga2O3-Tm2O3

A serial of samples in Y₂O₃-Ga₂O₃-Tm₂O₃ pseudo-ternary system are prepared by solid-state chemical reaction method. The range of solid solution in (Y_1−xTm_x)₃GaO₆ is 0<x<0.384. Powder X-ray diffraction shows that the compounds crystallize in Gd₃GaO₆ (Cmc2₁)-type structure. The solid solubilities of Y_3+xGa_5−xO₁₂ (x=0-0.77) and Tm_3+xGa_5−xO₁₂ (x=0-0.62) are 37.5-47.11 at% Y₂O₃, and 37.5-45.26 at% Tm₂O₃, respectively. PL spectra of Tm-doped Y₃GaO₆ show that there is a sharp blue emission at ∼456 nm from the ¹D₂→³F₄ transition at room temperatures with two lifetimes (∼5 and ∼15 μs) and a narrow saturation range of PL intensity for the Tm³⁺ content from x=0.005 to 0.03. The sharp emission and long lifetime of (Y_1−xTm_x)₃GaO₆ indicate that Y₃GaO₆ is a potential phosphor and laser crystal host material.     

Solubility enhancement of Nd7+ in scandium-substituted rare earth-aluminum garnets

An increased solubility of Nd³⁺ in YAG has been achieved by means of expansion of its crystal lattice with Sc³⁺ ions substituting for Al³⁺ ions in the octahedral sites. A number of other scandium substituted rare earth aluminum garnets of general formula {R₃}[Sc₂](Al₃)O₁₂ have been prepared and results are compared with similar compounds in {R₃}[Sc₂](Fe₃)O₁₂ systems. It is shown that the expansion of the YAG lattice by octahedral substitution significantly increases the solubility of Nd³⁺ on dodecahedral sites. The results of substitution of Sc in other rare earth-aluminum systems appear to be consistent with results obtained in the yttrium-aluminum system and so ions bigger than Gd³⁺, such as Eu³⁺ and Sm³⁺, can form garnets {Eu₃}[Sc₂](Al₃)O₁₂ and {Sm₃}[Sc₂](Al₃)O₁₂.